涂義根，熊首成

（1.江西省公路投資有限公司，江西 南昌 330000；2.江西路通科技有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

通信系統(tǒng)是高速公路機電系統(tǒng)的重要組成部分，通信系統(tǒng)以光纖數據傳輸系統(tǒng)為主，并發(fā)揮著各類數據傳輸通道及載體的重要功能。傳統(tǒng)的MSTP 數據傳輸方式技術成熟，且使用率高，MSTP+RPR 技術作為MSTP 數據傳輸技術的完善形式，在當前高速公路通信系統(tǒng)中應用也較為廣泛。但是其造價較高，也未完全擺脫MSTP 數據傳輸方式固定帶寬限制，缺乏實用性。當前高速公路全部業(yè)務中，IP 業(yè)務帶寬占比已經遠超出傳統(tǒng)電路業(yè)務，但是語音業(yè)務作為應急系統(tǒng)，所采用的通信技術很難靈活調用IP業(yè)務，為此必須重新構建高速公路傳輸網絡體系結構，使其既可以面向傳統(tǒng)語音業(yè)務接口，又具備統(tǒng)一處理平臺，能有效支持大容量多業(yè)務應用。

1 PTN技術概述

PTN（Packet Transport Network）分組傳送網以IP為內核，兼容TDM業(yè)務的技術可在統(tǒng)一分組轉發(fā)平面承載不同業(yè)務，提升業(yè)務匯聚能力，并使網絡管理及運維過程大大簡化。PTN技術基于MPLS-TP協(xié)議，采用SDH 模式的端至端網絡以支持現有網絡平滑演進，該技術具備TDM ATM over Packet 業(yè)務接入及匯聚能力，并支持時鐘同步及以太網端至端監(jiān)管維護，對于多業(yè)務環(huán)境較為適用。PTN 設備功能結構詳見圖1。當前，高速公路IP 業(yè)務量已經遠超出TDM 業(yè)務容量，IP 業(yè)務也有更高的安全保障要求。當前高速公路運行數據中實時圖像占用帶寬大，對網絡傳輸的可靠性及延時要求高，為應對突發(fā)事件，還要求通信網絡必須具備可擴充性，能靈活支持應急處置[1]。PTN 設備在IP 化的網絡中主要定位于城域的匯聚接入層，以便解決RAN IP 化后基站FE 無線回傳問題，PTN 設備同時承載全業(yè)務運營過程中高質量以太網IP 專線業(yè)務。PTN 技術以分組架構為基礎，繼承MSTP 理念、融合Ethernet 和MSTP 技術優(yōu)勢，屬于下一代分組承載技術。

圖1 PTN設備功能結構

2 技術比較

PTN 技術充分集成了IP 技術和SDH 技術優(yōu)勢，數據容量、數據統(tǒng)計及安全性方面均較為突出；PTN技術與SDH/MSTP 技術相比還增加了統(tǒng)計復用功能，便于不同場景帶寬靈活分配；PTN 技術與IP 技術相比擴充了50ms 快速倒換功能及TDM 業(yè)務的承載能力。PTN 技術與其他高速公路常見通信技術的比較見表1。

表1 PTN技術與其他高速公路通信技術的比較

3 技術特征

在高速公路通信系統(tǒng)中應用PTN 技術，可充分利用該技術彈性通道、星形、低時延、低誤碼及低丟包的數據信息傳輸優(yōu)勢；在當前高速公路通信領域IP需求大量涌現但MSTP 網絡也已大量部署，PTN 技術能與現有MSTP 設備實現良好互聯，并有效承載TDM 業(yè)務，從而順利過渡至全IP網絡[2]。

然而，PTN 技術屬于新興技術，運營時間不長，相關標準及規(guī)范并不完善，可借鑒經驗也較少，其在應用于高速公路通信系統(tǒng)方面還存在一定風險：PTN技術基于IP 技術內核，參考的是SDH 保護特性，必須預設保護路由器并留足恢復時間，隨著網絡層級的增加，其恢復速度必將減緩；IP內核采用類似SDH的網絡管理模式，要求運維及管理人員必須同時掌握IP協(xié)議配置和SDH配置技術。

當前，PTN 技術已經在中國移動得到廣泛應用，并伴隨著中國移動的大量布網，該技術已在國內形成較為完整的產業(yè)鏈，這也為該技術在高速公路通信系統(tǒng)中的應用提供了運行基礎。

4 PTN技術的應用方式

4.1 混合組網

高速公路通信系統(tǒng)中PTN 技術的接入方式依高速公路模式而不同，PTN 技術混合組網的應用方式主要根據公路運行狀態(tài)，在原通信網絡規(guī)模中接入PTN 通信網絡系統(tǒng)，以使公路通信系統(tǒng)內兩種及以上組網方式同時并存。而針對具體路段，也可采用特有的混合組網接入方式。此外，PTN 技術混合組網還適用于新建公路通信系統(tǒng)，進而得到基于SDH 的多業(yè)務傳送平臺MSTP組網應用形式，將PTN組網接入鄰近的MSTP網絡，以形成PTN+MSTP 的綜合性高速公路通信系統(tǒng)。這種組網方式對于未進行干線搭建的公路網絡較為適用，高速公路干線傳輸網的片區(qū)分中心主要通過匯總方式接入省中心，以便進行公路通信系統(tǒng)運行的統(tǒng)一規(guī)劃指導，使通信傳輸和管理水平顯著提升。這種混合組網方式有助于改進和規(guī)范原通信系統(tǒng)運營，便于PTN 技術的合理規(guī)劃應用，推進高速公路通信系統(tǒng)的自動化與智能化。但是該組網模式在通信網絡演進初期，要求系統(tǒng)中PTN設備必須具備兼容SDH的功能，這就使網絡對IP業(yè)務的傳送能力受到較大限制和弱化，且后期涉及大量業(yè)務切割和網絡維護壓力。所以，混合組網方式僅適用于干線網絡初步建成且管理水平較高的省份。

4.2 獨立組網

混合組網方式是在PTN 技術中引入MSTP 技術而得到的新功能，而高速公路通信系統(tǒng)中的獨立組網方式則充分體現了PTN 技術獨立運行優(yōu)勢。在這種應用方式下，高速公路通信以及后期的干線網絡均采用PTN 技術與設備，單獨搭建PTN 網絡，僅憑PTN 技術獨立完成。在獨立組網過程中，通常先構建起PTN 網絡，基于此，再構建分組傳輸平臺和獨立操作系統(tǒng)，以使通信系統(tǒng)內PTN 網絡和MSTP 網絡獨立并行。這種高速公路通信系統(tǒng)獨立組網方式結構功能清晰明確，運維管理簡便，高速公路各通信區(qū)域均具備獨立運行的通信系統(tǒng)，最終由省中心集中管理，使公路通信系統(tǒng)運行效率顯著提升。

4.3 聯合-雙平面組網

當前國內高速公路通信系統(tǒng)中已經建立起MSTP通信網絡，以現有MSTP 通信網絡為依托，直接應用PTN 技術進行聯合組網。根據高速公路通信需求，PTN 技術必須選擇新的路段接入至新的路網內。聯合組網方式與混合組網不同，聯合組網方式下PTN 組網和既有MSTP 網絡相互共存。隨著我國高速公路建設規(guī)模的不斷擴大，干線公路數量激增，PTN 設備量也隨之增多，并大幅超出MSTP設備量，為此在聯合-雙平面組網過程中應積極推進PTN 技術應用，逐步取代原MSTP 通信網絡，最終完全建成PTN 網絡。這種組網方式在我國高速公路通信系統(tǒng)建設中應用最為普遍，也最為符合我國高速公路通信系統(tǒng)建設發(fā)展實際情況。

5 PTN技術在實例工程中的應用

5.1 工程概況

某高速公路全長90.893km，雙向四車道設計，行車速度120km/h，本次通信系統(tǒng)建設項目起訖樁號K201+500—K285+870。該高速公路通信系統(tǒng)建設主要為公路運營監(jiān)控、管理、收費等提供數據、語音、圖像傳輸渠道，擬建通信系統(tǒng)主要為采用光纖數字傳輸及數字交換系統(tǒng)的全數字綜合業(yè)務通信系統(tǒng)。該高速公路通信系統(tǒng)包括通信分中心和無人值守通信站二級管理體制。該公路與已建相鄰公路共用通信、監(jiān)控、收費，借用原語音交換及PTN6300 型OLT 設備，該設備無法與原MSTP方式組環(huán)，且網絡穩(wěn)定性不良，通信質量無法保證。PTN 技術的應用可以在保持原PTN 傳輸方式的基礎上提升通信質量，提高接入網系統(tǒng)帶寬容量，實現更多通信業(yè)務功能。

5.2 PTN技術的應用

5.2.1 PTN設計方案

（1）組網方案選擇

該高速公路通信系統(tǒng)中應用的是PTN 技術，考慮到后期運行維護的便利性，其通信分中心整體通過PTN 組網，并采用中興ZX-6300 及ZXCTN6.10 設備與之相配套，確保PTN 與組網充分融合。在分中心目前業(yè)務容量的基礎上增設了兩個GE 光接口，用于PTN傳輸網絡之間的連接。該高速公路所包括的7 個通信站的通信傳輸業(yè)務類型均在以太網下得到進一步拓寬。

（2）數據傳輸通路

在PTN 技術應用于高速公路通信系統(tǒng)的過程中，數據傳輸通路必須結合PTN 技術進行規(guī)劃。本工程中數據傳輸通路設計必須體現以下要點：①通信監(jiān)控傳輸通路設計。此公路全段均安裝有監(jiān)控設備，PTN 組網的相關監(jiān)控數據傳輸至通信站監(jiān)控分中心，并利用數據光端機以及以太網的作用，最終傳輸至通信站總控中心；②收費系統(tǒng)數據傳輸通路。PTN技術處理通信站接入設備數據并匯總后通過收費系統(tǒng)接入以太網，將相關匯總后的數據全部上傳至收費中心；③收費系統(tǒng)圖像數據傳輸通路。通信系統(tǒng)內的編碼轉化功能可使圖像信息轉化為數字信號，在視頻交換機及PTN 組網的協(xié)助下，圖像數據通過以太網導入監(jiān)控中心；④電源監(jiān)控數據傳輸通路。高速公路通信站電源體系相對獨立，其電源監(jiān)控為通信系統(tǒng)正常運行提供支持，語音數據也通過相同方式轉化為數字信號，借助以太網和PTN 組網上傳至監(jiān)控中心。

5.2.2 組網方式

考慮到該高速公路通信系統(tǒng)建設進程，并出于成本控制的需要，主要采取聯合-雙平面組網方式，也就是以現有MSTP 通信網絡為依托，以業(yè)務需求量較大的新建路段為發(fā)起，從現有MSTP 通信網絡模式開始按照“MSTP 網絡→MSTP+PTN 聯合組網→獨立組網”的階段實施[3]，最終實現全線路通信系統(tǒng)PTN改造。

Step1（2020—2023 年）：在這一階段，對于新建路段構建PTN 接入網并選擇PTN 設備，接入既有MSTP 干線網，以形成MSTP+PTN 的混合組網模式，這種結構下仍采用的是STM-16/64 網絡，且高速公路干線PTN設備實際為SDH功能配置。

Step2（2024—2026 年）：隨著現有MSTP 網絡中新建PTN 接入網數量的增多，混合網內新建干線PTN設備量會逐漸超過既有MSTP 設備量，此時應在PTN設備中另設光纜，從而單獨組成PTN 干線GE/IOGE 環(huán)網，并加載MPLS-TP 協(xié)議，以便對IP 業(yè)務端至端透明傳輸提供高質量電信級保護。

Step3（2027—2029 年）：隨著路段既有MSTP 設備的改造及新建干線PTN 設備對既有設備的替代，原MSTP 設備將徹底改造為PTN 設備，至此，高速公路通信系統(tǒng)全部實現PTN改造。

5.2.3 PTN技術應用中需注意的問題

PTN 分組傳送技術中MPLS-TP 架構/功能及互通標準將更加完善，并同時會獲得Control Plane、OAM等標準支撐。建議采用單獨組網的方式將PTN 技術引入本地網，MSTP為以TDM 業(yè)務為主的2G等服務，并以PTN 技術為MSTP 雙平面，以IP 為主，為TD 網絡提供相關構建服務；骨干及匯聚節(jié)點等均通過2.5G光纖互通，完成IP 數據業(yè)務等的處理。考慮到早期MSTP 組網光纜網處于基本完成狀態(tài)，且單節(jié)點或跨節(jié)點帶環(huán)，環(huán)節(jié)接入點普遍較多，帶寬不足，時隙混亂，因此，PTN 組網過程中必須重點關注標簽規(guī)劃、業(yè)務規(guī)劃及帶寬預留，控制節(jié)點數量以及充分滿足多業(yè)務接入需求，采用匯聚環(huán)布局。

6 結語

隨著高速公路通信系統(tǒng)建設要求的不斷提升，全業(yè)務需求不斷增加，PTN 組網技術能更好地滿足現代通信網傳送需求，成為通信技術發(fā)展的一個重要趨勢。隨著該技術的不斷發(fā)展以及應用領域的拓展，PTN 設備也不斷改進，不可否認的是，良好的組網系統(tǒng)對通信網絡運行的穩(wěn)定性、通暢性十分重要。高速公路通信系統(tǒng)中應用PTN 技術體現出了顯著的優(yōu)勢，科學合理的PTN 技術運行方案是保證高速公路通信系統(tǒng)規(guī)范、高效、穩(wěn)定運行的前提，PTN 技術可以獨立組網運行，也可以和通路既有MSTP 通信系統(tǒng)聯合組網，逐步取代MSTP 通信，有效規(guī)避該技術全面介入的風險；PTN 技術所具備的彈性通道還能拓寬高速公路通信系統(tǒng)服務領域，并保證公路通信系統(tǒng)始終處于最佳運行狀態(tài)。

未來，在全國高速公路城域網核心層、匯聚層及接入層均會實現PTN 獨立組網，為此，應將高速公路網通信同城設計核心層利用PTN 組網視為研究開發(fā)重點，不斷開拓PTN 技術在工程應用中的新領域，為高速公路通信系統(tǒng)的升級完善提供參考借鑒。